三跨连续钢-混凝土组合箱梁桥力学特性分析

钢-混凝土组合结构桥具有自重轻、刚度大、延性高以及较好的结构整体性和稳定性等优点,已经广泛地应用于我国的桥梁工程中,但对于成桥后桥梁力学特性的研究较少。因此,依托福州前横路升级改造项目三跨连续钢-混凝土组合箱梁桥梁工程,通过荷载试验收集分析应变、挠度和桥梁模态数据。结果表明:荷载作用下各测点应变和挠度均小于理论值,沿横向分布与理论值趋势基本相同,实测腹板中性轴与理论中性轴基本一致,表明桥梁刚度较高、整体性较好;偏载作用下横向增大系数在1.107~1.254之间,桥梁抗扭刚度较大,不易发生倾覆;桥梁在环境激振作用下第1阶模态自振频率为3.430 Hz,大于理论值2.590 Hz,与理论模型相比具有更高的刚度。

界面粗糙度对花岗岩-混凝土组合体力学特性的影响研究

随着隧道建设向长大深埋方向发展,隧道围岩与混凝土交界处的力学性能对保证隧道开挖和支护安全具有重要意义,因此在隧道施工过程中,弄清不同条件下围岩与混凝土交界处的力学性能尤为关键。本文以某穿花岗岩隧道为例,对含有不同界面粗糙度的花岗岩-混凝土组合体进行单、三轴条件下的压缩试验,探究其对组合体力学性能的影响。结果表明:在单轴压缩下,组合体的混凝土部分发生剪切破坏并形成倒锥体,而花岗岩部分形成垂直界面的劈裂裂纹,呈现劈裂和剪切的双重破坏形式;三轴条件下,主要集中在混凝土部分发生剪切破坏而花岗岩部分无明显裂纹;组合体的抗压强度随着界面粗糙度的增加而增加,应力峰值的增加幅度随围压增加而减小。

钢纤维超高性能混凝土-普通混凝土界面力学特性细观模拟

依据复合材料理论,将超高性能混凝土看作由混凝土基体和钢纤维增强体组成的两相非均质复合材料,建立考虑各自本构关系的超高性能混凝土-普通混凝土界面剪切模型来模拟界面力学特性。基于二次开发将钢纤维实体模型导入有限元软件中,建立三维剪切模型,在细观层面上模拟超高性能混凝土-普通混凝土剪切破坏过程,研究不同钢纤维体积掺量对界面抗剪性能的影响,并确定其破坏机理。结果表明:1)使用钢纤维随机投放建立的三维剪切模型进行模拟试验得到的极限承载力与荷载-滑移曲线与已有试验值吻合度较高;2)随着钢纤维体积掺量的增加,界面抗剪承载力呈现先增大后减小的趋势;3)随着剪切荷载的施加,破坏最先发生在界面处,且会一直延伸到键槽,最终因键槽处钢纤维的桥接作用失效导致试件被破坏。

岩性特征对混凝土坝体-基岩原位直剪试验力学特性影响分析

以广西巴马县坡月水库工程为研究对象,采用平推法开展不同法向应力(0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 MPa)下混凝土坝体-基岩原位直剪试验,探究岩性特征对混凝土坝体-基岩力学特性的影响。结果表明,不同法向应力下试样的剪切应力-位移曲线均表现出试样内部初始缺陷受力微裂纹扩展的稳定扩展阶段、微裂缝逐渐扩展形成宏观裂缝的不稳定扩展阶段及混凝土与岩体分离的开裂阶段3个阶段;法向应力、岩体岩性对试样的断裂能均有显著影响。不同法向应力下,试样断裂能的范围为16.65~177.28 N/m,断裂能随着法向应力或灰色砂岩含量增大而增大,随泥质粉砂岩含量或风化程度增大而减小;混凝土坝体-基岩的抗剪强度随基岩中灰色砂岩含量增大而增大,随泥质粉砂岩含量或基岩风化程度增大而减小。研究结果可为类似研究提供试验参考。

负弯矩区预应力钢-混凝土组合梁的力学特性

为使组合梁在使用状态下的抗弯刚度碍以改善，对预应力组合梁负弯矩区的力学特性进行了分析，提出了极限状态下预应力组合粱截面抗弯刚度的计算模式，分析和比较了现有预应力组合粱的试验结果和理论计算结果。

珠江三角洲水资源配置工程复合衬砌结构钢-混凝土组合梁界面特性试验研究

以珠江三角洲水资源配置工程为背景,为优化工程设计及施工工艺提供技术支撑,需要对复杂地质条件下高水压盾构输水隧洞复合衬砌结构系列关键技术进行研究与开发。因此,对复合衬砌结构中钢-自密实混凝土组合结构界面力学性能进行了试验研究,通过对组合构件分别设置不同的剪力连接件布置形式,设计了6组试件进行试验。根据试验结果,对钢-自密实混凝土组合构件的破坏形态、荷载挠度关系、滑移量以及应力应变关系等进行了详细分析。试验结果表明,栓钉-纵肋综合连接件相较于其他剪力连接件对组合构件的综合性能提升最大。研究成果可为类似工程选择合适的界面处理方式提供借鉴。

收缩徐变对钢-混凝土组合梁界面行为影响的有限元分析

为研究混凝土收缩徐变对长期荷载作用下钢-混组合梁界面剪力和相对滑移的影响,提出一个简单实用的有限元分析方法。在假定荷载-滑移为线性以及钢梁与混凝土层之间无掀起的前提下,基于混凝土收缩徐变分析的初应变法,建立部分剪力连接钢-混凝土组合梁长期性能分析的有限元模型,其中界面行为通过建立混凝土板与钢梁之间对应节点的主从关系及特殊单元予以模拟。对比集中荷载作用下简支梁的计算结果与已有文献,验证所提方法的有效性。在此基础上研究收缩徐变对钢-混组合梁界面剪力和相对滑移的影响。结果表明,收缩徐变共同作用使得简支钢-混组合梁的界面滑移随着时间有较大程度地增加,但单独的收缩效应反而使界面滑移减小,尽管变化量可忽略不计;同时,由于界面剪力与滑移的正相关性,收缩徐变效应也使得端部界面剪力随时间增大,呈现出前期增长很快而后期增长缓慢的特点。

注浆条件对钻孔灌注桩基础砂-混凝土界面卸荷力学行为的影响

文中分析了不同注浆条件下卸载灌浆砂-混凝土界面的力学行为和注浆模式转变规律。结果表明,在相同注浆量下,随着注浆压力的增大,界面黏结力先增大后减小;在较低的注浆压力下,注浆水泥主要通过提高界面黏结力来改善砂-混凝土界面力学性能;在较高的注浆压力下,注浆水泥通过提高界面黏结力和摩擦角来改善界面的剪切性能。文中揭示了压密注浆和破裂注浆的扩散过程,特别是注浆模式的转变主要受注浆压力和注浆量的影响。

钢-聚甲醛混杂纤维混凝土的力学性能和韧性研究

研究了分别单掺和混掺不同掺量和长度的钢纤维和聚甲醛(POM)纤维对混凝土力学性能和韧性的影响,并进行了SEM分析。结果表明:单掺POM纤维对混凝土的抗压强度不利,但采用合适掺量和长度的POM纤维能有效提高混凝土的劈裂抗拉强度;单掺0.50%~1.50%的钢纤维能有效提高混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度;与单掺1.50%的钢纤维相比,混掺适量钢纤维和POM纤维能进一步提高混凝土的力学性能和韧性,推荐钢纤维和POM纤维的混掺比例为5∶1。

FRP-自密实混凝土-钢双壁空心组合柱轴压力学性能分析

本文所研究的组合柱,可以使三种材料优势相融合,力学性能良好,有利于加快施工速度,并保证混凝土在构件各位置分布均匀,但存在一定的不足,具体表现为力学性能不稳定,各材料之间容易出现孔隙。本文将针对该组合结构力学性能进行分析,通过试验与试件设计、材性试验、试件制作、观察试验现象、分析试验结果,明确结构稳定性变化规律,希望为相关行业提供参考。

铁路钢-混凝土组合桁架外接式节点力学特性研究

以新建西安至平凉铁路1-80 m组合桁架为工程背景,对外接式钢-混凝土组合节点进行非线性分析,根据理论分析结果,进行节点试件的加载试验。通过这种理论计算与试验相互验证的方法,深入研究外接式节点的承载能力、破坏形式等力学特性。分析结果表明:该类型钢-混凝土组合节点能够满足工程要求;理论计算结果与试验吻合很好,理论计算可用于指导设计,并且计算结果满足工程精度要求。

钢-混凝土组合梁加宽混凝土旧桥技术中组合横梁界面受力性能研究

在钢-混凝土组合梁加宽旧桥技术中,旧桥混凝土边梁与新加宽的钢-混凝土组合梁间的横向连接采用钢-混凝土组合横梁的形式,这种横梁形式较为新颖,目前相关试验研究尚未有报道。对6个钢-混凝土组合横梁进行试验研究,通过采用目前已有的新老混凝土植筋界面承载力计算方法对试验结果进行对比计算。研究结果表明:组合横梁界面的破坏模式为新老混凝土界面破坏,钢-混凝土界面没有任何破坏特征;新老混凝土界面黏结破坏以前,新老混凝土之间几乎没有滑移,整体性很强;新老混凝土界面黏结破坏以后,界面剪力主要由植筋承担,试件延性良好。针对钢-混凝土组合梁加宽旧桥技术中组合横梁的破坏模式,采用合理的材料本构关系,提出三阶段界面受力模型,理论方法计算结果与试验值吻合良好。通过理论分析确定界面的破坏机理:新老混凝土界面的极限抗剪强度由混凝土强度,界面粗糙程度和摩擦系数共同确定,界面正应力的存在有利于极限抗剪强度的提高;新老混凝土界面的残余抗剪强度主要由界面植筋提供,植筋率和植筋屈服强度是主要影响因素。最后,提出适用于实际工程的设计方法。

混凝土中骨料-浆体界面过渡区的力学性能研究综述

列出了国内外交界面过渡区的试验和理论分析的主要成果。对数值混凝土有限元模型中有关交界面单元的力学性能(界面厚度、界面本构关系和随机力学特性等)输入进行了探讨。通过分析目前试验、理论以及数值分析的成果,指出界面力学性能研究还有待于进行更完整、更科学的试验。

集中荷载作用下钢-混凝土组合梁界面滑移及变形

报道了8榀集中荷载作用下钢-混凝土组合简支梁的滑移规律和变形的试验结果。利用Goodman弹性夹层假设,推导了钢-混凝土组合简支梁的界面滑移和挠度变形的理论计算公式。该理论公式既能描述组合梁的界面滑移规律,又可以计算界面滑移对组合梁变形挠度的影响。利用通用有限元软件对钢-混凝土组合梁的界面滑移与变形进行了非线性有限元分析,并将多项计算结果进行了比较。通过大量理论计算,探讨工程设计中合适的剪力连接度。本文所得的理论计算公式,将方便工程设计人员对钢-混凝土组合结构滑移和变形挠度进行计算,并为其极限承载力的有限元计算提供了理论基础。

基于静载试验钢-混凝土组合箱梁斜拉桥力学特性分析

以某跨海大桥主桥(钢-混凝土组合箱梁斜拉桥)为工程背景,通过介绍其有限元模型、成桥荷载试验,并对荷载工况的主梁挠度、桥塔纵向位移、主梁应变、索力等参数的实测数据与理论进行对比分析。结果表明:组合箱梁斜拉桥的桥塔、主梁及斜拉索能较好地协同工作,符合组合结构受力特点;组合箱梁弯曲刚度及扭转刚度均较大,竖向挠度符合设计限值要求、扭转角度较小,横向偏载增大系数小;组合箱梁符合平截面假定,中性轴位置较理论偏上,应力分布受剪力滞影响。

考虑界面滑移与剪切变形的钢-混凝土组合梁解析方法

为求解钢-混凝土组合梁在界面滑移与剪切变形双重影响下的变形与应力,本文引入Timoshenko梁双广义位移假定,建立了钢-混凝土简支组合梁弹性状态下的计算模型,并以跨中作用集中荷载为例,得到其全梁挠度与截面应力的解析解。同时对4根不同抗剪连接程度的钢-混凝土组合梁试验结果进行分析,与解析计算结果进行对比验证,并讨论了界面剪切刚度的取值对组合梁挠度的影响。结果表明理论计算所得挠度、应力均与试验值吻合良好;界面滑移将增大组合梁挠度,界面剪切刚度对这种增大效应有重要影响;在计算组合梁挠度时,忽略剪切变形在一定程度上不安全。

钢-混凝土组合梁抗扭特性研究

通过４根组合梁的纯扭试验，并参考另外已有的４根组合梁的试验结果，讨论了受扭组合梁的破坏形态。根据软化桁架模型理论，通过平衡、变形和协调条件，建立了组合梁抗扭特性分析的方程式，并给出了一种计算组合梁抗扭特性（抗扭强度、扭转角、开裂角、钢筋和混凝土应力、应变等）的简化算法，结果表明：理论值和试验值符合较好，可供组合梁的抗扭设计使用。

钢-混凝土简支结合梁基本动力特性的解析解

考虑钢梁与混凝土板之间的相对滑移,对考虑阻尼的钢-混凝土结合梁基本动力方程进行推导,采用分离变量法得到简支结合梁自振频率与振型的解析解,并对其正交条件进行探讨。将理论分析结果、数值结果及试验结果进行对比分析,结果吻合良好。分析结果表明:由于柔性抗剪连接件的存在,结合梁中钢梁与混凝土板之间发生相对滑移,其动力平衡方程形式更为复杂,表现出与普通梁不同的动力特性。

无格室-承压板钢-混凝土结合部构造的结构特性

为了解无格室-承压板钢-混凝土结合部构造的结构特性,对该类型结合部构造的受力特点及各结构参数影响进行了较系统的研究。通过混合有限元方法建立了无格室-承压板结合部构造的局部计算模型,讨论了其受力特点,并选取混凝土梁预应力、抗剪连接件刚度、抗剪连接件数量、抗剪连接件间距及承压板厚度等5项参数,对该类型的构造进行了较为系统的参数分析。分析结果表明,承压板和钢梁顶底板上的抗剪连接件是该类型结合部荷载传递的主要部件,承压板以承受板厚方向的剪切为主,混凝土梁承担了大部分的结构荷载;在所取的参数范围内,承压板厚度2070 mm的影响很小;混凝土预应力、抗剪连接件刚度和数量对该类型的结合部构造的受力性能影响很大,是设计过程中需重点考虑的问题。

基于损伤-断裂力学的钢桥面铺装体系疲劳特性研究

基于损伤-断裂力学的方法就钢桥面沥青混合料铺装体系在循环荷载作用下的力学行为和疲劳损伤特性进行理论分析。采用粘弹性损伤模型的能量转换方法对钢桥面沥青混合料层应力场、应变场及损伤场分布状况和演变规律进行研究,同时,建立了结构的疲劳寿命理论预测公式。最后,通过南京长江第二大桥钢桥面铺装体系疲劳实例分析,验证了预测公式的合理性,并与其他预测方法的结果进行了比较。